由于博弈论和机器学习技术的不同寻常的应用，由辛辛那提儿童医院专家领导的一个大型科学家团队出版了世界上最详细的多种干细胞和早期祖细胞的“图集”，这些干细胞和早期祖细胞参与从不同的来源产生人类血液。捐助者。

该团队已鉴定出 80 多个不同的造血干细胞和祖细胞 (HSPC) 亚群，这些细胞是早期细胞，可开始产生成熟的红细胞、白细胞和复杂血液系统的其他元素。详细信息发表于 2024 年 3 月 21 日的《自然免疫学》杂志上。

“我们相信，我们对最早的 HSPC、中间细胞状态加上基质群体以及最丰富的最终状态的高度集中的捕获策略提供了迄今为止描述的骨髓干和祖细胞区室的最深入视图，”共同作者表示。

该研究由共同第一作者张轩博士和宋宝宝博士以及共同通讯作者内森·萨洛莫尼斯博士和H. Leighton Grimes 博士领导，他们都是辛辛那提儿童医院的研究人员。总体而言，该研究包括来自四个学术医疗中心和两家生物技术公司的 26 名共同作者。

白血病的影响及更多

这个复杂的研究项目涉及使用多种先进的基因组研究工具和计算方法，为从不同种族和性别的不同捐赠者中收集的超过 300,000 个骨髓细胞建立详细的基因组和蛋白质组图谱。辛辛那提儿童医院致力于在科学研究中促进包容性和解决人口多样性问题，作为其持续使命的一部分。

除了细致的单细胞 RNA 测序工作和匹配的流式细胞术之外，分析海量数据集还需要创新地使用机器学习技术并深入博弈论来执行关键的统计分析。该团队使用的一些研究工具，包括两个软件工具 scTriangulate 和 pyIninityFlow 是在辛辛那提儿童医院开发的。

该团队的主要发现包括：

混合 132 种抗体的新“混合物”，可以靶向 HSPC 和相关细胞的表面蛋白。测试表明，在分析人类骨髓细胞方面，新混合物的性能优于商业产品。

通过基因表达和表面蛋白的新颖整合鉴定出 89 个簇，有助于揭示新的干细胞/祖细胞群。

分离新细胞群的策略和标记。首先，两个新的表面标记物 C5L2 和 TSPAN33 用于识别细胞进入祖细胞状态和成为成熟中性粒细胞之间的过渡状态。其次，人类红细胞形成的不同阶段，称为具有 CD326 和 CD235a 的成红细胞。

新的在线计算工具可预测急性髓系白血病 (AML) 等癌症的细胞起源和可能原因。

萨洛莫尼斯说：“我们的分析通过结合来自不同先前图谱、表面标记和基因的信息以及机器学习的新进展，揭示了以前隐藏的细胞状态，例如最原始的干细胞。”

新干细胞图谱最直接的潜在应用之一集中在治疗中心如何监测接受白血病治疗的患者。

“例如，有些人对使用氮胞苷(一种于 2018 年被批准作为 AML 一线疗法的化疗药物)的 Venotoclax 产生耐药性，”Grimes 说。 “在某些情况下，这种耐药性疾病似乎是由“单核”形式的白血病干细胞(m-LSC)而不是更“原始”形式(p-LSC)驱动的。有了这样的图谱，就更有可能确定 AML 中存在哪些类型的癌症干细胞，然后该信息可以告知临床医生如何调整治疗方案。”

新研究报告发现 23 种细胞状态中的 69 种抗体可能代表对 AML 患者进行临床监测的有吸引力的生物标志物。

格莱姆斯说，虽然新的干细胞图谱的开发是一个重要的开始，但还需要更多的研究和开发才能将有关血细胞形成的新数据整合到医疗保健中。